Biofyzika
6.5.4 Využití ultrazvuku v diagnostice
Diagnostické přístroje pracují na frekvencích od 3 MHz do 10 MHz a využívají pro výpočet odrazů podobné rychlosti zvuku pro nevzdušné měkké tkáně.
Ultrazvukové přístroje generují akustický puls piezoelektrickými krystaly, které elektrickým pulsem vytvoří stejně rychlý mechanický kmit. Tento puls (echo) se šíří rychlostí zvuku v daném prostředí a při dopadu na rozhraní se může část energie kmitu odrazit.
Budeme uvažovat jeden krystal - sondu, která má funkci jak vysílače, tak i přijímače odražených mechanických kmitů. Krystal detekuje odrazy vyslaného signálu a určí velikost echa. Z jeho časového zpoždění určí hloubku odrazu.
Prvním sonografickým záznamem je lineární záznam odrazů v závislosti na hloubce tento záznam je označován jako A-obraz (Mod) (obr.6.2).
Na spodní části schématu sonda vyšle krátký signál a tři rozhraní, které v různých vzdálenostech odrazem pošlou signál zpět k sondě. Tím vznikne A-mod - tedy závislost velikosti echa na hloubce.
B-obraz vznikne záznamem, při kterém velikost echa v určité hloubce je úměrná sytosti bodu na obrazovce (lze si představil, jakoby se A-obraz otočil o 90 stupňů). Jde o první krok k dosažení dvourozměrnému obrazu. Představíme-li si několik rovnoběžných přímek blízko sebe, pak složením těchto bodů vzniká dvourozměrný obraz. Přímky jsou těsně vedle sebe (podobně jako řádky v televizi). Elektronicky lze takto vytvořit obraz mnohokrát za vteřinu, a tím obraz také v reálném čase - tedy v čase pohyblivý.
TM-obraz-(mod) lze odvodit od B-obrazu kde sytost jednotlivých bodů lze zaznamenávat v čase na běžící papír. Sytost bodu (úměrná velikosti odrazu) je nahrazena sytostí čáry na záznamu. Pod zapisovačem běží papír (podobně jako při záznamu elektrických potenciálů při EKG) a promítá se pohyb bodů v čase. Tento získaný záznam je důležitý v kardiologii pro hodnocení pohyblivosti jednotlivých úseku srdce včetně pohybu chlopní.
Obr. 6.2: Schéma vzniku obrazu A, B a TM
Zjednodušený výklad vzniku obrazu je orientační a mnoho technických a fyzikálních problémů nepopisuje. Mezi nejdůležitější opominuté faktory, kterými není výklad komplikován, je korekce, které musí vyhodnocující procesor provést, aby započítal absorpce signálu. Korekce na tento útlum představuje matematickou funkcí, která zesiluje vzdálenější signály - odrazy.
Dvourozměrného obrazu lze docílit sondou, která má jednotlivé piezokrystalické elementy pevně vázané na sondě jednu vedle druhé. Každý krystal jako by pak představoval řádku obrazu. Takováto sonda je nazývá lineární. Její konstrukce je pro orientační výklad vzniku složení obrazu jasnější a jednodušší. Další možností vytvoření dvourozměrného obrazu jsou sondy sektorové. U těchto sond je obraz vytvářen rotací jednoho (většinou více) piezokrystalických krystalů. Sonda nejprve provede obraz jedné přímky, pak se pootočí o velmi malý úhel a opět zopakuje zobrazení.
Obrazy se řídí určitými zákonitostmi v klinické práci. S vyšší frekvencí se zkracuje vlnová délka a je vyšší rozlišení. S nárůstem frekvence rychleji stoupá absorpce, a tedy snižuje se hloubka, do které je možné zobrazení.
Používají sondy od 3 do 5 MHz, při zobrazení podkožních struktur (uzliny, štítná žláza) jsou vhodnější frekvence okolo 7 MHz, kde je vyšší rozlišení. Ultrazvukové sondy mohou být zabudovány na konci endoskopického přístroje. Mají ještě vyšší frekvence okolo 10 MHz a obraz (endosonografie) presentuje detailně krátký úsek stěny gastrointestinálního traktu.
Sonografie klade značné nároky na prostorovou představivost lékaře a edukaci. Po zobrazení nalezení jednoduchých dutých orgánů může vzniknout dojem, že metoda není interpretačně náročná. Například podstatná je informace o poloze sondy pro interpretaci obrazu. Při kolmém zobrazení aorty vznikne obraz kruhu, zatímco po otočení o 90 stupňů jsou obrazem aorty dvě rovné linie. Podobně je tomu i s označením směrů známých z anatomie jako je poloha ventrální dorzální, kraniální a kaudální, mediální a laterální. Významnou aplikací ultrazvuku je měření rychlosti pohybů dopplerovským způsobem. Lze měřit rychlosti toku v cévách, ale i v srdečních komorách. Při Dopplerově jevu se mění frekvence odraženého zvuku, změnou způsobenou rychlostí pohybující se partikulí (v krvi krevní buněčné elementy).
Obr. 6.3: Dopplerovské měření toku, odraz na krevních elementech, které se vůči sondě pohybují
Základní rozdíly mezi rentgenovým zobrazením a sonografií jsou v eliminaci radiační zá- těže, snadnější dostupnosti sonografie, nenáročnost a neinvazivnost pro nemocného i lékaře, možnost vyšetření častěji opakovat.